[發明專利]一種大均勻區三維磁線圈及其制造方法

有效

• 申請號: 201410573456.7
• 申請日: 2014-10-23
• 公開（公告）號: CN105527594B
• 公開（公告）日: 2018-08-28
• 發明（設計）人: 鄭辛;高溥澤;汪世林;秦杰;韓文法;楊磊;王宇虹;孫曉光
• 申請（專利權）人: 北京自動化控制設備研究所
• 主分類號: G01R33/34
• 分類號: G01R33/34;H01F5/00;H01F41/04
• 代理公司: 核工業專利中心 11007
• 代理人: 高尚梅

本發明屬于原子傳感器技術領域，具體涉及一種大均勻區三維磁線圈及其制造方法。本發明的大均勻區三維磁線圈包括支撐體、縱線圈和橫線圈；本發明還提供一種大均勻區三維磁線圈的線圈參數設計方法，包括計算磁場分量、有效均勻性計算、優化求解和誤差考量的步驟。本發明需要解決的技術問題為：現有的三維線圈內的均勻區不足夠大的問題。本發明的大均勻區三維磁線圈具有大的球形均勻區，均勻區均勻性良好，滿足了縱線圈高均勻性的要求；還提供了實現高均勻三維線圈的參數設計方法，可根據不同線圈結構方案找出最優參數，使線圈方案突破傳統定式，實現線圈形式和性能的突破。

技術領域

本發明屬于原子傳感器技術領域，具體涉及一種大均勻區三維磁線圈及其制造方法。

背景技術

自旋型原子傳感器包括核磁共振陀螺、SERF原子自旋陀螺及原子磁強計。自旋型原子傳感器通過激光和磁場對原子自旋的操控，實現角運動和磁場的精密測量。

核磁共振陀螺的磁場精密控制包括磁屏蔽、磁補償和三維磁場激勵控制。磁補償和磁場激勵控制的磁場發生部件是三維磁線圈。線圈的均勻性越高，對原子自旋的作用就越一致，可實現的原子傳感精度就越高。因此，三維磁線圈的高均勻是實現高精度核磁共振陀螺的重要保障。核磁共振陀螺的一個重要特點是小體積，為保證在高精度下實現更小體積，需要三維線圈具有較大均勻區，不占過多空間，同時方便線圈內部器件的裝配。

傳統的亥姆霍茲三維線圈雖然結構簡單，但均勻性無法滿足縱線圈高均勻性的要求，且占據體積較大，橫線圈對中心區域形成一定封閉，使得線圈內部件裝配不便。

發明內容

本發明需要解決的技術問題為：現有的三維線圈內的均勻區不足夠大。

本發明的技術方案如下所述：

一種大均勻區三維磁線圈，包括支撐體(1)、縱線圈(2)和橫線圈(3)；所述支撐體(1)為上、下底面開放中心對稱的筒狀，在支撐體(1)的表面沿其周向和軸向分別設置有線槽，用于安裝縱線圈(2)和橫線圈(3)，所述線槽的數量依據縱線圈(2)和橫線圈(3)的數量確定；所述縱線圈(2)由繞支撐體(1)表面周向纏繞的導線構成，相鄰的兩個縱線圈(2)之間平行且導線連通；所述橫線圈(3)由繞支撐體(1)表面軸向和上下底面邊緣纏繞的導線構成，在空間內形成空間多邊形，所述橫線圈(3)為兩對，每對橫線圈(3)對稱安裝于支撐體(1)之上，使兩對橫線圈(3)的磁場正交。

優選的，所述支撐體(1)為無上、下底的圓筒狀或方筒狀。

優選的，所述縱線圈(2)纏繞的匝數為一匝或多于一匝，所述縱線圈(2)的個數為三個、四個或更多個。

優選的，所述縱線圈(2)在空間中形成的多邊形為繞圓筒狀的支撐體(1)的軸向和底面圓弧纏繞所形成的空間四邊形。

優選的，所述縱線圈(2)在空間中形成的多邊形為繞方筒狀的支撐體(1)的軸向和底面邊緣纏繞所形成的空間四邊形、六邊形或八邊形。

優選的，設縱線圈的磁場方向為z軸正方向，兩組橫線圈磁場方向分別為x軸和y軸正方向，構成三維直角坐標系；設縱線圈的參數為h₁，h₂，…，h_N，所述縱線圈的參數可以為線圈半徑、兩線圈間距離、匝數比、導線截面積、導線線徑以及其它參數；設橫線圈的參數為t₁，t₂，…，t_V，所述橫線圈的參數可以為線圈半徑、總長度、張角弧度以及其它參數；線圈中心坐標為O(0,0,0)，均勻區(4)為以線圈中心為球心，半徑為a的球體，所述半徑a根據使用需求確定，該設計方法包括以下步驟：

步驟一、計算磁場分量